王永喜老师以前出过这道题作为竞赛预测题,以前逛MSE论坛的时候也收集过这道题,证明会涉及希尔伯特矩阵和勒让德多项式
设 是正整数, 且 的连续函数, 且满足
证明:
令 是一个Legendre多项式,即
对于序列在上的规范正交基,则存在
对于每个,是一个次多项式,并且。同时对于:
于是可以表示为
我们有,并且对于存在
参阅:
构造泛函
其中 为拉格朗日乘子。变分求极小:
即有
所以, 取极值时 为 次多项式,系数由条件 确定。也即如下方程组
前面是一个柯西矩阵。这时要求的积分为
最后一个求和很好求,就是柯西矩阵对角项的分母和,为
参考